Når massive stjerner når slutningen af deres livscyklus, eksploderer de i en massiv supernova og kaster det meste af deres materiale af. Hvad der er tilbage er en "milliscond pulsar", en super tæt, højmagnetiseret neutronstjerne, der hurtigt spinder og udsender stråler af elektromagnetisk stråling. Til sidst mister disse stjerner deres rotationsenergi og begynder at aftage, men de kan fremskynde igen ved hjælp af en ledsager.
Ifølge en nylig undersøgelse var et internationalt team af videnskabsmænd vidne til denne sjældne begivenhed, da de observerede en ultralang pulsar beliggende i den nærliggende Andromeda Galaxy (XB091D). Resultaterne af deres undersøgelse indikerede, at denne pulsar er blevet hurtigere i de sidste en million år, hvilket sandsynligvis er resultatet af en fanget en ledsager, der siden har gendannet sin hurtige rotationshastighed.
Når en pulsars parres med en almindelig stjerne, er resultatet typisk et binært system, der består af en pulsar og en hvid dværg. Dette sker, når pulsaren trækker de ydre lag af en stjerne af og omdanner den til en hvid dværg. Materialet fra dette ydre lag danner derefter en akkretionsskive omkring pulsaren, hvilket skaber et "hot spot", der stråler lyst i røntgenspektumet, og hvor temperaturer kan nå op i millioner af grader.
Holdet blev ledet af Ivan Zolotukhin fra Sternberg Astronomical Institute ved Lomonosov Moscow State University (MSU) og omfattede astronomer fra University of Toulouse, National Institute for Astrophysics (INAF) og Smithsonian Astrophysical Observatory. Undersøgelsesresultaterne blev offentliggjort i The Astrophysical Journal under titlen “The Slowest Spinning X-Ray Pulsar in an Extragalactic Globular Cluster”.
Som det fremgår af deres papir, blev detekteringen af denne pulsar muliggjort takket være data indsamlet af rumobservatoriet XMM-Newton fra 2000-2013. På dette tidspunkt har XMM-Newton indsamlet oplysninger om cirka 50 milliarder røntgenfotoner, som er blevet kombineret af astronomer ved Lomosov MSU til en åben online database.
Denne database har gjort det muligt for astronomer at se nærmere på mange tidligere opdagede objekter. Dette inkluderer XB091D, en pulsar med en periode på sekunder (også kaldet en "anden pulsar") beliggende i en af de ældste kugleformede stjerneklynger i Andromeda-galaksen. Det var imidlertid ingen let opgave at finde røntgenbilleder, der ville give dem mulighed for at karakterisere XB091D. Som Ivan Zolotukhin forklarede i en pressemeddelelse fra MSU:
”Detektorerne på XMM-Newton registrerer kun et foton fra denne pulsar hvert femte sekund. Derfor kan søgningen efter pulsarer blandt de omfattende XMM-Newton-data sammenlignes med søgningen efter en nål i en høstak. For denne opdagelse måtte vi faktisk skabe helt nye matematiske værktøjer, der gjorde det muligt for os at søge og udtrække det periodiske signal. Teoretisk set er der mange anvendelser til denne metode, inklusive dem uden for astronomi. ”
Baseret på i alt 38 XMM-Newton-observationer konkluderede holdet, at denne pulsar (som var den eneste kendte pulsar af sin art ud over vores galakse på det tidspunkt), er i de tidligste stadier af "foryngelse". Kort sagt, deres observationer indikerede, at pulsaren begyndte at accelerere for mindre end 1 million år siden. Denne konklusion var baseret på det faktum, at XB091D er den langsomste roterende kuglepulsar, der er opdaget til dato.
Neutronstjernen afslutter en omdrejning på 1,2 sekunder, hvilket er mere end 10 gange langsommere end den forrige rekordholder. Fra de data, de observerede, var de også i stand til at karakterisere miljøet omkring XB091D. For eksempel fandt de, at pulsaren og dens binære par er placeret i en ekstremt tæt kugleformet klynge (B091D) i Andromeda Galaxy - omkring 2,5 millioner lysår væk.
Denne klynge skønnes at være 12 milliarder år gammel og indeholder millioner af gamle, svage stjerner. Det er ledsager, i mellemtiden, er en 0,8 solmassestjerne, og selve det binære system har en rotationsperiode på 30,5 timer. Og på cirka 50.000 år, vurderer de, vil pulsaren accelerere tilstrækkeligt til igen at have en rotationsperiode målt i millisekunderne - dvs. en millisekund pulsar.
Interessant nok er XB910Ds placering i denne enorme region med stjerner med superhøj tæthed det, der gjorde det muligt for den at fange en ledsager for omkring 1 million år siden og starte processen "foryngelse" i første omgang. Som Zolotukhin forklarede:
”I vores galakse observeres ingen sådanne langsomme røntgenstrålingspulsarer i 150 kendte kugleformede klynger, fordi deres kerner ikke er store og tæt nok til at danne tætte binære stjerner med en tilstrækkelig høj hastighed. Dette indikerer, at B091D-klyngekernen med en ekstremt tæt sammensætning af stjerner i XB091D er meget større end den sædvanlige klynge. Så vi har at gøre med en stor og temmelig sjælden genstand - med en tæt rest af en lille galakse, som Andromeda-galaksen engang fortærede. Stjernets tæthed her i en region, der er omkring 2,5 lysår på tværs, er ca. 10 millioner gange højere end i nærheden af Solen. ”
Takket være denne undersøgelse og de matematiske værktøjer, som teamet udviklede til at finde den, vil astronomer sandsynligvis være i stand til at gennemgå mange tidligere opdagede objekter i de kommende år. Inden for disse massive datasæt kunne der være mange eksempler på sjældne astronomiske begivenheder, som bare venter på at blive vidne og blive ordentligt karakteriseret.
Yderligere læsning: The Astrophysical Journal, Lomonosov Moskva statsuniversitet
